Radiação ultravioleta e ozônio aplicados como métodos alternativos de desinfecção de efluentes secundários de esgoto sanitário

Texto

(1)RADIAÇAO ULTRAVIOLETA E OZÔNIO APLICADOS COMO r1IÉTODOS ALTERNA TIV0S DE DESfNFECÇAO DE EFLUENTES SECUNDARlOS DE ESGOTO SANlTÁRIO. Virgínia Dantas Dias. Orientador: Prof. Dr. Luiz Antonio Daniel.

(2) Serviço de Pós·Gradução EESC/ USP. EXEMPLAR REVISADO Data de entrada no Serviço: .. Q~./..<:. .~.1 ~/... ... Qw..f!.':':::c..~............ Ass.: ................ v RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA E OZÔNIO APLICADOS COMO MÉTODOS ALTERNATIVOS DE DESINFECÇÃO DE EFLUENTES SECUNDÁRIOS DE ESGOTO SANITÁRIO. Virgínia Dantas Dias. Dissertação. apresentada. à. Escola. de. Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Hidráulica e Saneamento.. ORIENTADOR: Prot: Dr. Luiz Antonio Daniel. São Carlos. 2001.

(3) Ficha catalográfica preparada pela Seção de Tratamento da Informação do Serviço de Biblioteca - EESC/USP. D541r. Dias, Virgínia Dantas Radjação ultravioleta e ozon1o aplicados corno métodos alte rnativos de desinfecção de efluentes sec undários de esgoto sani tário I Virgíni a Dantas Dias. -- São Carlos, 200 1.. Dissertação (Mestrado) - - Escola de Engenharia de São Carlos- Universidade de São Paulo, 2001 . Área: Hidrá uli ca e Saneame nto . Orientador : Prof. Dr . Luiz Antonio Danie l .. 1 . Desinfecção . 2 . Ozô ni o . 3 . Radi a ção ultravioleta . I . Título .. I.

(4) FOLHA DE JULGAMENTO. Candidata: Engenheira VIRGINIA DANTAS DIAS. Dissertação defendida e julgada em 29-06-200 I perante a Comissão Julgadora: 7. Prsf. Dou r LUIZ ~NTO~l ANIEL (Orientador) (Fscola de E ha . ao Carlos!USP). Prof. Titular (Escola de Engenharia de São Carlos!US. /'. (Univ~sidad e. A~TONIO EDUARDO GlANSANTE. Mackenzie). /. \. Profa. Associada Coordenador do Programa de Pós-Graduação em Engenharia (Hidráulica e Saneamento). Presidente da Comis ão de Pós-Graduação da EESC \.......

(5) (. 1. Dedicatória :. A. minha. mãe. Carminha,. exemplo de mulher, por todo o amor e confiança. Ao meu pai Tarcísio,, as. minhas. amáveis e. admiráveis irmãs Virna e Vanessa, e ao me,.. lindo e querido sobrinho Vitor..

(6) Agradecimentos:. A Deus minha força maior e fortaleza . A minha mãe especialmente, em que palavras são poucas para aga·adecer toda sua dedicação, mesmo distante fisicamente, se fez sempre tão perto dentr·o da minha mente e coração. Ao Professo•· Luiz Antonio Daniel, pela incontestável orientação, preciosíssimas sugestões e ajuda, além de todo carinho e paciência, que foram imprescindíveis para a conclusão deste trabalho. Ao amigo sempre presente Marcelo, por todo apoio, ajuda e incentivo, principalmente nos momentos mais difíceis. À Cynthia e Leonídia, pela amizade e inesquecíveis momentos que. passamos juntas.. Às adoráveis amigas Ju, Fabi, Túlia, Mô, July, Cida, Erica, Karina, Jô e Juliana poa· toda a maravilhosa convivência. À L urdoca, por seu lindo amor de mãe. Ao Rogério por seu carinho e atenção. À Rose, por todo o seu sorriso e colabomção.. À Hcrlane e Fábio Coletti pela valiosa ajuda em algumas etapas deste trabalho. Ao Paulo, Júlio e Cidinha, pelos auxílios nas análises de laboratório. Aos colegas, funcionál'ios e todos os professores do depaa·ta mento de Hidráulica e Saneamento pela colaboração e amizade. Ao CNPq, pela bolsa de mesh·ado concedida..

(7) \. Sumário Lista de figura. iv. Lista de tabelas. vi. Lista tk simbolos. ix. Resumo Abstract. J Introdução 2 Objetivos. 4. 3 Revisão de Literatura. 5. 3. 1 Generalidades.............. ..................................... ................ ......... .. .................... ............. ....... 5. 3.2 Caracterização parasitológica do esgoto...................................................... .. ................ ..... 9. 3.3 Microrganismos indicadores.................. ......... ..... .................... ............... ............................ 12. 3.3. 1 Viabilidade do uso dos microrganismos indicadores.................................................. 17. 3.4 Retenção de organismos patogênicos em ETE.................................................................... 20. 3.5 Desinfecção.. ........... ..... .. ...... .................... .. .............. ........... ...... ...................... .. ..... ............. 23. 3.5.1 Considerações iniciais.... .............................................. ............... ................................ 23. 3.5.2 Cinética da desin fecção.............. ...................................................... .................... .... ... 27. 3.5.3 Alternativas de desinfecção...... ... ......... .. ................. .. .. .... ........... .. ..... ......................... 33. 3.5 .3. 1 Cloro.................................................................... ........................ ............. .......... 33. 3.5.3. 1. 1 Desin fecção con1 cloro.................................... ........................................... 33. 3.5.3. 1.2 Química da cloração................................ ................................................... 34. 3.5.3.1.3 Mecanismos da desinfecção....................................................................... 36. 3.5.3 . 1.4 Vantagens e desvantagens da cloração.... ........................................ .. ......... 37. 3.5.3.1 .5 Subprodutos da Cloração e a saúde humana.................. ............ ................ 38. 3.5.3. 1.6 Eficácia da desinfecção com cloro............................................................. 40. 3.5.3.2 Dióxido de cloro......... .. ...................................................................................... 41. 3.5.3.2. 1 Desin fecção com dióxido de cloro.. ............ .. ...................... .. ..................... 42. (.

(8) 11. 3.5.3.2.2 Geração do dióxido de cloro...................................................................... 42. 3.5.3.2.3 Mecanismos da desinfecção....................................................................... 46. 3.5.3.2.4 Vantagens e desvantagens da desinfecção com dióxido de cloro.............. 46. 3.5.3 .2.5 Subprodutos do dióxido de cloro e a saúde lumtana.................................. 47. 3.5.3.2.6 Eficácia da desinfecção com dióxido de cloro........................................... 48. 3.5.3.3 Ozônio.. ......... ...................................................................................................... 48. 3.5.3.3.1 Desinfecção com ozônio............................................................................ 49. 3.5.3.3.2 Quúnica da ozonização.............................................................................. 51. 3.5.3.3.3 Geração do ozônio...................................................................................... 53. 3.5.3.3.4 Quantificação da concentração do ozônio.................................................. 58. 3.5.3.3.5 Mecanismos da desinfecção....................................................................... 60. 3.5.3 .3.6 Vantagens e desvantagens da ozonização.................................................. 61. 3.5.3 .3.7 Subprodutos da ozonização e a saúde hwnana.... ....................................... 63. 3.5.3.3.8 Eficácia da desinfecção com ozônio.......................................................... 64. 3.5.3.4 Radiação Ultravioleta......................................................................................... 67. 3.5.3.4.1 Desinfecção com radiação ultravioleta..................................................... 68. 3.5.3.4.2 Mecanismos desinfecção........................................................................... 69. 3.5.3.4.3 Reparação dos danos fotoquímicos.......... .................................................. 73. 3.5.3.4.4 Geração da radiação ullravioleta................................................................ 74. 3.5.3.4.5 Fatores interferentes nos sistemas de de.sinfecção com UV....................... 76. 3.5.3.4.6 Estinu1tiva da intensidade de energia radiante........................................... 79. 3.5.3 .4.7 Vantagens e desvantagens da radiação ultravioleta...... ............................. 83. 3.5.3.4.8 Subprodutos da radiação UV e a saúde humana........................................ 84. 3.5.3.4.9 Eficácia da desinfecção com radiação ultravioleta.................................... 84. 4 O Estado da Arte 4. 1 Comparação entre as altemativas de desin fecção de esgotos sanitários............................. 5 Matériais e Métodos. 87 88. 92. 5.1 Considerações iniciais......................................................................................................... 92. 5.2 Etapa l - Ozonização.......................................................................................................... 93.

(9) iii. 5.2.1 Equipamentos.............................................................................................................. 93. 5.2.2 Determinação da produção de ozônio......................................................................... 96. 5.2.3 Dosagem de ozônio.......................................... ........................................................... 98. 5.2.4 Ensaios de ozonização................................................................................................ 98. 5.3 Etapa 2 - Desinfecção com radiação UV............................................................................ 99. 5.3.1 Unidade piloto............................................................................................................. 99. 5.3.2 Determinação da intensidade de radiação................................................................... 103. 5.3.3 Dosagem de radiação UV........................................................................................... 104. 5.3.4 Ensaios de desinfecção................................................................................................ 106. 5.4 Análises e exan1es................................................................................................................ 107. 6 Resultados e Discussão. 109. 6.1 Ozonização..... ............ ................. ... .. ....... ..... .. ................. .......... .. ................................ .. .. .... I09. 6.2 Radiação ultravioleta........................................................................................................... 119. 6.3 Comparação entre os métodos de desinfecção com ozônio e com radiação ultravioleta.... 131. 7 Conclusões. 134. 8 Recomendações. 137. Referências Bibliográficas. 139. f.

(10) IV. Lista de Tabelas TABELA 3.1 - Déficit na oferta de saneamento no Brasil ( 1998) ...................... .. 6. TABELA 3.2- Algumas doenças de veiculação lúdrica relacionadas com os microrganismos patogênicos presentes na água residuária ........... 10. TABELA 3.3 -Fontes de origem, resistência dos patogênicos à desinfecção e tempo de sobrevivência destes no solo e nas superficies das plantas........................... ...... .. ........................... ............................ .. 11. TABELA 3.4- Rotas de transmissão de patogênicos.......................................... .. 12. TABELA 3.5- Principais microrganismos que têm sido propostos para serem usados como indicadores de patogênicos.................................... .. 19. TABELA 3.6 - Retenção de bactérias, helmintos, vírus e cistos de protozoários por várias tecnologias de tratamento de esgotos ........................ ... 21. TABELA 3.7 - Principais fatores envolvidos na escolha da melhor alternativa de desinfecção ........... .................................. ............................... ... 25. TABELA 3.8 - Comparação sucinta de várias tecnologias de desinfecção ........ ... 27. TABELA 3.9 - Potencial de oxidação de oxidantes fortes .................................. .. 49. TABELA 3. 1O - Efeitos do ozônio na saúde...................................................... ... 63. TABELA 3.1 1 - Comparação da diferença de resistências de diferentes microrganismos pela inativação com ozônio .............................. .. 66. TABELA 3. 12 - Eficiência comparativa de desinfecção à 5°C, pelo coeficiente de letalidade ......................................................... ...................... .. 67. TABELA 3.13- Energia de ligações de importantes sistemas microbiológicos ... 70. TABELA 3.1 4- Doses de energia ultravioleta (254run) em ( mW.s/cm2) necessária para inativar diversos microrganismos .................... ... 85. TABELA 4.1 - Comparação entre os parâmetros (dose/tempo de contato) dos desinfetantes utilizados para efluentes secundários de esgoto sanitário para se atingir um determinado nível de eficiência ........ 88.

(11) v. •'. TABELA 4.2 - Comparação entre os desinfetantes cloro, ozônio e a radiação ultravioleta ............................................... ................................... ... 90. TABELA 5.1 - Características técnicas do gerador de ozônio modelo laboratorial. ..................... ........................................................... ... 95. TABELA 5.2 - Dosagens e tempos de contato investigados nos ensaios de ozonização ................................... .................... ................ .......... .. 98. TABELA 5.3 -Métodos analíticos, exames e análises realizadas durante os ensaios de desinfecção ................................................................ .. 108. TABELA 6.1 - Produção de ozônio a partir de oxigênio determinada para as diferentes vazões de gás .............. ................ ............. ................... .. 110. TABELA 6.2 - Concentração de ozônio consumida ........................................... ... 111. TABELA 6.3 - Caracterização dos efluentes brutos provenientes de reator anaeróbio de leito expandido utilizados nos ensaios de ozonização......................... .................................... ..................... ... 112. TABELA 6.4- Desinfecção de efluente anaeróbio com ozônio - ensaio !.. ........ 113. TABELA 6.5 - Desinfecção de efluente anaeróbio com ozônio- ensaio 2 ........ .. 113. TABELA 6.6- Desinfecção de efluente anaeróbio com ozônio - ensaio 3........ .. 114. TABELA 6.7- Desinfecção de efluente anaeróbio com ozônio- ensaio 4.......... 114. TABELA 6.8- Desinfecção de efluente anaeróbio com ozônio - ensaio 5 .......... 115. TABELA 6.9 - Doses de radiação ultravioleta aplicada e recebida no efluente do reator anaeróbio compartirnentado......................................... .. 120. TABELA 6.1 O- Doses de radiação ultravioleta aplicada e recebida no efluente da ETE de Araraquara ............ .... .............................. ...... ........... .. 120. TABELA 6.11 - Caracterização físico-química e bacteriológica dos efluentes brutos utilizados nos ensaios de radiação UV para o reator anaeróbio compartirnentado ........ .................. ...................... ....... . TABELA 6.12 - Caracterização físico -química e bacteriológica dos efluentes brutos utilizados nos ensaios de radiação UV para ETE de Araraquara .... ..... .. ................ ...... .................................... .. ...... .. .. .. 12 1. 12 1.

(12) VI. I ·•. Lista de Figuras FIGURA 3.1- Fluxograma de propagação de doenças por excretas.................. ... 12. FIGURA 3.2 - Representação esquemática dos desvios apresentados pelo postulado de Ch.ick..................................................................... ... 29. FIGURA 3.3- Efeito do pH na proporção de espécies de HOCl e ocr ............ .. 35. FIGURA 3.4- Diagrama de solubilidade para o dióxido de cloro ...................... .. 45. FIGURA 3.5- Reações de oxidação dos compostos (substratos) durante a ozon.ização ................................................................................... ... 53. FIGURA 3.6- Esquema simplificado de um gerador básico de ozônio .............. .. 54. FIGURA 3.7- Diagrama típico de sistema de contra corrente para transferência do 03 .............................................................................................................. 56. FIGURA 3.8 - Representação de lesão nas bases adenosina e timina no DNA celular......................................................... .................................. .. 72. FIGURA 3.9 - Influência dos sólidos suspensos na deternúnação da dose de radiação UV ................................................................................ ... 79. FIGURA 5.1 -Esquema de unidade piloto utilizados nos ensaios de ozonização ....................................................... .......... .. 93. FIGURA 5.2 - Esquema da câmara de contato gás-líquido utilizado nos ensaios de desinfecção com ÜJ . .... ........... .. .................. ..................... ........ ... 96. FIGURA 5.3- Esquema da unidade piloto utilizada nos ensaios com radiação ultravioleta ........... ...................................... ................................... .. 100. FIGURA 5.4 - Foto da câmara de irradiação empregada nos ensaios de desinfecção com ultravioleta ....................................................... ... IOI. FIGURA 5.5- Representação esquemática da câmara de inadiação ................. ... lO l. FIGURA 5.6- Representação simplificada da cúpula refletora .......................... .. 102. FIGURA 5.7- Foto das lâmpadas ligadas da cúpula refletora ........................... .. 103.

(13) Vil. ,,. FIGURA 6.1 - Inativação de coliformes totais e coliformes fecais para o tempo de contato de 20 minutos......................... ....................................... 116. FIGURA 6.2 - Inativação de coliformes totais e coliformes fecais para o tempo de contato de 30 minutos............................................................... 116. FIGURA 6.3 - Inativação de coliformes totais e coliformes fecais em relação ao ozônio consumido ................................................................... ... 117. FIGURA 6.4- Fração sobrevivente de coliformes totais (CF) e de coliformes fecais (CF) irradiados com ultravioleta- efluente de reator anaeróbio compartimentado ........................................................ . FIGURA 6.5- Influência dos sólidos suspensos totais na inativação de coliformes totais e de coliformes fecais com radiação ultravioleta - efluente de reator anaeróbio compartimentado ...... FIGURA 6.6- Influência da DQO na inativação de coliformes totais e de coliformes fecais com radiação ultravioleta - efluente de reator anaeróbio compartimentado ........................................................ . FIGURA 6.7- Fração sobrevivente de coliformes totais (CF) e de coliformes fecais (CF) irradiados com ultravioleta - efluente da ETE de A.raraquara ................................... .......... ...................................... . FIGURA 6.8 - Influência dos sólidos suspensos totais na inativação de coliformes totais e de coliformes fecais com radiação ultravioleta - efluente da ETE de Araraquara ............................ .. FIGURA 6.9 - Influência da DQO na inativação de coliformes totais e de co li formes fecais com radiação ultravioleta - efluente da ETE de Araraquara .............................................................................. . FIGURA 6.1 O- Relação entre dose aplicada e dose recebida em função da absorvância - lâmina de 4 em - efluente de reator anaeróbio con1partimentado ........................................................... ........... ... . FIGURA 6.11 - Relação entre dose aplicada e dose recebida em função da absorvância - lâmina de 2 em - efluente de reator anaeróbio compart in1entado ....................... .................................................. .. 122. 123. 123. 124. 124. 125. 126. 126. FIGURA 6.12 - Relação entre dose aplicada e dose recebida em função da absorvância - lâmina de 4 em - efluente da ETE de Araraquara. 127. FIGURA 6.13 - Relação entre dose aplicada e dose recebida em função da absorvância- lâmina de 2 em - efluente da ETE de Araraquara. 127. FIGURA 6.14 - Influência da espessura da lâmina líquida na inativação de coliformes totais e de coliformes fecais- efluente de reator anaero'b'10 comprui'm1ent ad0 . ..... .......... ... .... .............. ................... .. 128.

(14) Vlll. FIGURA 6.15- Influência da espessura da lâmina líquida na inativação de coliformes totais e de coliformes fecais- efluente da ETE de Araraquara .................................................................................. . FIGURA 6.16- Fração sobrevivente de coliformes totais e de coliformes fecais em função da dose recebida - efluente do reator anaeróbio compartimentado............... .......................................................... . FIGURA 6.17- Fração sobrevivente de coliformes totais e de coliformes fecais em função da dose recebida - efluente da ETE de Araraquara ..... 128. 129. 130.

(15) IX. Lista de símbolos À. -Comprimento de onda. A. -Adenina. Abs.. -Absorbância. c. -Citosina. CF. -Coliforme Fecal. COT. -Carbono Orgânico Total. CT. -Coliforme Total. DBO. -Demanda Bioquímica de Oxigênio. DNA. -Ácido Desoxirribonucléicos. DQO. -Demanda Química de Oxigênio. EF. -Streptococcus Faeca/is. G. -Guanina. HAA. -Ácidos Haloacéticos. NMP. -Número mais Provável. pH. -Potencial Hidrogeniônico. ppm. -partes por milllão. RNi\. -Ácido Ribonucléico. ss. -Sólidos Suspensos. SST. -Sólidos Suspensos Totais. T. -Ti mina. Temp.. -temperatura. THMs. -Trihalometanos. Ul~ P. -Unidade Formadora de Placas. UT. -Unidade de Tmbidez. uv. -Ultravioleta.

(16) Resumo DIAS, V.D. (2001). Radiação ultravioleta e ozônio aplicados como métodos. alternativos de desinfecção de ejluentes secundários de esgoto sanitário. São Carlos, 2001 . 150p. Dissertação (mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. A cloração é largamente utilizada para a desinfecção de águas de abastecimento e I. residuárias, porém o potencial de toxicidade da cloração por seus subprodutos torna o processo menos atrativo. O dióxido de cloro surge como alternativa de desinfecção, porém a sua geração envolve reações bastante dependentes das concentrações dos reagentes, das condições físico-químicas, podendo gerar também subprodutos prejudiciais à saúde humana . Outras tecnologias alternativas, como o ozônio e a radiação ultravioleta apareceram como processos tecnicamente viáveis. Neste trabaU1o buscou-se realizar revisão crítica da literatura existente sobre a desinfecção de efluentes de esgoto sanitário, utilizando-se de enfoque comparativo entre a desinfecção realizada com radiação ultravioleta e ozônio, bem como investigar e iJ1terpretar os aspectos relevantes do desempenho da desinfecção de efluentes de esgoto sanitário com ozônio e com radiação ultravioleta na iJ1ativação de coliformes totais e coliformes fecais. Na parte experimental avaliou-se as doses de 80, 95 e 120 mg!L e tempos de contato de 20, 30 e 35 minutos para a desinfecção com ozônio. Na desinfecção com radiação ultravioleta, utilizou-se de tempos de exposição de 10, 30 e 60 segundos, mantendo-se a mesma intensidade média de radiação e variando-se a espessura de lâmina líquida. Nos aspectos observados no decorrer desta pesquisa, verificou-se que para as condições analisadas, a des iJ1fecção com radiação ultravioleta mostrou-se como técnica mais simples e eficaz para a iJ1ativação de coliformes fecais e coliformes totais quando comparada. à ozonização, apresentando assim vários aspectos favoráveis no que concerne ao modo de operação, a influência da qualidade do efluente bruto, ao controle do processo, entre outros.. Palavras Chaves: Desinfecção, ozônio e radiação ultravioleta..

(17) ,.. Abstract DIAS, V.D. (2001). Alternatives methods for the disinfection of wastewater secondary effluents applying ultraviolet radiation and ozone. São Carlos. 2001,. 150p. Dissertation (master) -. School of Engineering of São Carlos,. University ofSão Paulo.. The Chlorinate is widely used for the disinfection of waste and drinking water, however the toxicity potential by the by-products of chlorinate renders the process less attractive. The chlorine dioxide comes up as a disinfection alternative, but its production involves highly reagent concentration and physical-chemical condition dependant reactions, also being able to create human health hazardous by-products. Other alternative technologies, like ozone and ultraviolet radiation have risen as techn ically viable processes. In this work, it has been at1emptecl to review critically the existing literature about the effiuent disinfection of sanitary waste, using a comparative approach between the disinfection in which ozone and ultraviolet radiation were used, as well as to investigate and interpret the relevant aspects of sanitary waste effluents disinfection with ozone and ultraviolet racliation on the inactivation oftotal and fecal coliforms. In the experimental part doses of 80, 95 and 120 mg/L and contact times of 20, 30 anel 35 minutes have been evaluatecl for lhe ozone dis infection process. For the ultravioJet method, exposure times o f I O, 30 and 60 seconds have been used, keeping the same mean intens ity of radiation and varying the water layer thickness. With regard to the observed aspects of this research, it has been verified that, for the ana lyzed conditions, lhe ultrav iolet disinfection has showed the simplest and most effective mcthod for the inactivation of fecal and total coliforms when compareci lhe ozone method, thus showing severa! favorable aspects concerning the operation mode, the raw effiuent quality influence, the process contrai, among others.. Kcywords : Disinfection, ozone and ultraviolet radiation..

(18) ". Capítulo 1. Introdução No Brasil, há um grande número de casos de doenças de veiculação hídrica em conseqüência da falta de um tratamento eficaz para remoção de agentes patogênicos presentes na água . Para assegurar o controle destas doenças e manter a qualidade ela água a ser abastecida à comunidade, a desinfecção torna-se imprescindível. A desinfecção pode ser definida como um processo de inativação ou destruição ele agentes patogênicos e outros tnicrorganismos indesejáveis. Os desinfetantes utilizados em concentrações adequadas e em tempos de contato suficientes asseguram boas condições ela qualidade da água do ponto de vista bacteriológico. Historicamente, a desinfecção fez-se necessária a partir do momento em que se percebeu a relação entre a presença de microrganismos na água e a ocorrência de doenças, marcado, segundo BRANCO (1986), após observação de Leeuwenhoek, que constatou na água a presença de seres vivos microscópicos, possibiHtando associar as doenças com a existência desses diminutos organismos. E m 1885, Jonh Snow demonstrou que a transmissão da cólera se faz através da água, apontando como causa da epidemia ocorrida numa restrita área em Londres (óbito de 52 1 pessoas), a água de um poço contaminada com esgoto. Ainda no final do século 19, Klein e Houstoun, na Inglaterra, demonstraram que diluições de 1: 1000 e 1:20.000 de esgoto em água destilada , apresentavam bactérias como a Escherichia co/i, Clostridiwn perfringes e outras que poderiam servir como indício de contaminação fecal, embora a análise.

(19) CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO. 2. química não revelasse, nessas diluições, a presença de substâncias que causassem danos à saúde. Os efluentes de esgotos sanitários lançados nas águas superficiais contribuem para a contaminação por organismos patogênicos, fazendo-se necessária a aplicação da desinfecção também nestes efluentes, pois devido aos usos múltiplos da água, ela passa a ser novamente veículo de transmissão de doenças através, por exemplo, da irrigação de hortaliças e produtos ingeridos crus, recreação e outras formas primárias de contato. Os processos biológicos mais usuais empregados em tratamento de esgoto, sejam aeróbios ou anaeróbios, de maneira geral promovem remoção muito pequena de patogênicos, sendo insuficientes para esse fim na quase totalidade dos casos. A desinfecção de esgotos torna-se uma alternativa realmente necessária e relativamente barata, face aos benefícios decorrentes dela. O cloro é o desinfetante mais utilizado pois se trata de um agente químico econômico e comum. O seu uso extensivo fez com que se observassem problemas oriundos da reação do cloro com a matéria orgânica naturalmente presente nos esgotos, originando uma variedade de produtos orgânicos halogenados, em sua maioria considerados tóxicos e/ou cancerígenos, causando, assim, perigo potencial à saúde. Devido à necessidade da desinfecção ser mantida, a procura por alternativas efetivas levaram a evolução de outras tecnologias, por exemplo, a radiação ultravioleta e o ozônio que apareceram como processos tecnicamente viáveis. Em muitos casos, estes têm sido considerados como melhor opção fi·ente à cloração, tendo mostrado eficiência na redução de organismos patogênicos. A ausência da sistematização de dados entre esses dois desinfetantes, ozônio e radiação ultravioleta, constitui-se ainda de uma lacuna, que deve ser preenchida com intuito de se obter e relacionar dados, para melhor se conhecer sobre a aplicabilidade desses processos na desinfecção de águas residuárias. Baseados em experimentos de laboratório, foi realizada uma análise comparativa entre essas duas tecnologias, com o intuito de conseguir obter resultados que indiquem a aplicabilidade dessas tecnologias na desinfecção de esgoto sanitário..

(20) CAPiTULO I. INTRODUÇÃO. 3. Na prática, não existe um desinfetante ideal, que apresente desempenho ótimo em todas as circunstâncias. Cada um tem suas vantagens e desvantagens, pontos fortes e limitações, assim como um conjunto de condições específicas que têm que ser cumpridas para que os resultados sejam satisfatórios..

(21) 4. Capítulo 2. Objetivos O presente trabalho, tem como objetivos: •. fazer uma revisão da literatura existente sobre a situação atual da desinfecção de esgoto sanitário, utilizando-se de um enfoque comparativo entre a desinfecção realizada com radiação ultravioleta e ozônio.. •. realizar experimentos para a comparação de desinfecção de efluentes secundários de esgoto sanitário empregando radiação ultravioleta e ozônio..

(22) 5. Capítulo 3. Revisão de Literatura 3.1- Generalidades. Segundo. dados. do. INSTITUTO. BRASILEIRO. DE. GEOGRAFIA. E. ESTATÍSTICA (IBGE, 2001), cerca de 88 miU1ões de brasileiros vivem em domicílios desprovidos de sistemas de coleta de esgoto sanitário. Dados do Governo Federal publicados no "Diagnóstico dos Serviços de Águas e Esgotos - 1998" 1, apontam que apenas 24% do esgoto sanitário produzido nos domicílios atendidos pelas 27 grandes 2. companhias estaduais prestadoras de serviços de saneamento recebe tratamento! Confonne observado na Tabela 3.1, a produção de esgoto sanitário ocorre em 41 ,8 rnilhões de domicílios brasileiros; desse total, 31,4 milhões produzem esgoto de. forma mais intensiva, por serem atendidos por sistemas de abastecimento de água; são "mini-fábricas'' de esgoto sanitário, por utilizarem a água fornecida pelas redes de abastecimento. Dessas "mini-fábricas", 12,8 milhões despejam diariamente o esgoto sanitário à céu aberto ou em fossas sépticas, que apresentam elevado potencial de contaminação do solo, lençol freático, etc.. 1. 2. Secretaria Especial de Desenvolvimento Urbano da Presidência da República, Inclui uma Autarquia.

(23) CAPÍTULO 3. REVISÃO DE LiTERATURA. 6. TABELA 3.1- Déficit na oferta de saneamento básico no Brasil (1998). N" de. domicílios. Área. Domicílios não atendidos Domicílios não atendidos por rede geral. com coleta de esgoto. de água. sanitário. Domicilias atendidos por rede de água e não atendidos por coleta de esgoto sanitário. (núlhõcs). (núlhões). %. (núlhões). %. (milhões). %. Urbana. 34. 4. 11,8. 16,6. 48,8. 12,6. 37,1. Rural. 7,8. 6,4. 82,1. 6,6. 84,6. 0,2. 2,6. Total. 41,8. 10,4. 24,9. 23,2. 55,5. 12,8. 30,6. Fonte adaptada: PESQUISA NACIONAL POR AMOS"ffiA DE DOMICILIO (PNAD) 1998, ffiGE Nota: na área rural, o déficit em esgoto é detcmúnado pela inexistência de rede coletora e fossa séptica.. Os problemas decorrentes da falta de um sistema de coleta, tratamento e disposição final do esgoto sanitário são enormemente agravados quando existe fornecimento de água tratada à população, sendo possível afiqnar que p&ra cada metro cúbico de água utilizada produz-se outro metro cúbico de esgoto sanitário. A situação do setor de saneamento no Brasil tem conseqüências muito graves para a qualidade de vida da população, principalmente aquela mais pobre, residente na periferia das grandes cidades ou nas pequenas e médias cidades do interior. A relação entre saúde e saneamento é, portanto, muito estreita, podendo-se dizer que o primeiro jamais poderá existir plenamente sem a presença do segundo (ESGOTO É VlDA, 2000). Os dados apresentados a seguir mostram a precariedade dos serviços de saneamento no Brasil e no mundo, o que explica o agravamento de algumas enfermidades já controladas, o ressurgimento de outras que estavam erradicadas e o descompasso entre o desenvolvimento econômico e o quadro da saúde pública. •. No mundo, 8 milhões de crianças morrem anualmente em decorrência de enfermidades relacionadas à falta de sanean1ento, o que sigrúfica 913 crianças por hora, 15 por minuto ou I a cada quatro segundos (IACOMJNI, 1999).. o. Segundo dados da ORGANIZAÇÃO MUNDIAL DA SAÚDE - OMS, cerca de 50% das internações de leito hospitalares em países subdesenvolvidos são decorrentes de doenças transmitidas pela água e boa parte das causas da.

(24) CAPÍTULO 3. REVISÃO DE LITERATURA. 7. mortalidade infantil também são decorrentes desse fato (KRIEGER3 apud CAMPOS, 1993). •. No Brasil, a falta de saneamento básico é a principal responsável pela morte por diarréia de menores de 5 anos (FALCÃO, 1999). 65% das internações hospitalares de crianças menores de 1O anos estão. •. associadas à falta de saneamento básico (BNDES, 1998). •. Em 1997, morreram 50 pessoas por dia no Brasil vitimadas por enfermidades relacionadas à falta de saneamento básico. Destas, 40% eram crianças de O a 4 anos de idade ou seja, o Brasil registra a morte de 20 crianças de O a 4 anos de idade por dia, o que significa a morte de uma criança de O a 4 anos a cada 72 minutos em decorrência da falta de saneamento básico, principalmente de esgoto sanitário (DATASUS, 2000).. •. A eficácia dos programas federais de combate à mortalidade infantil esbarra na falta de investimento em saneamento básico e quando esse é realizado, os indices de mortalidade infantil em geral caem 2 1% (FALCÃO, 1999).. •. A utilização do soro caseiro, uma das principais armas para evitar a diarréia, só faz o efeito desejado se a água utilizada no preparo ter limpa (FALCÃO, 1999).. De acordo com a Fundação Nacional de Saúde, FUNASA (2000), o investimento em saneamento básico tem efeitos múltiplos positivos e afetam diferentes aspectos da realidade de um município. Os principais efeitos são: a melhoria da saúde da população e redução dos recursos aplicados no tratamento de doenças; diminuição dos custos no tratamento de água para abastecimento (que seriam ocasionados pela poluição dos mananciais); melhoria do potencial produtivo das pessoas; eliminação de poluição estética/visual, desenvolvimento do turismo e a preservação ambiental. Os investimentos em saneamento têm efeito direto na redução dos gastos públicos com serviços de saúde. Segundo a FUNASA (2000), para cada R$ l ,00 (um. 3. KRIEGER, G. (1991). País Arma Discurso sobre Pobreza e Ecologia. Folha de São Paulo. São Paulo, 22 jul. caderno 4, p.3..

(25) CAPÍTULO 3. REVISÃO DE liTERATURA. 8. .,. real) investido no setor de saneamento economiza-se R$ 4,00 (quatro reais) na área de medicina curativa. Conforme observado, a coleta, o tratamento e a disposição ambientalmente adequada do esgoto sanitário são fundamentais para a melhoria do quadro de saúde da população. CAMACHO ( 1995) afirma que o tratamento de efluentes tem como objetivo a diminuição dos poluentes e contamúmntes quer sejam de natureza química, física ou biológica, de forma a garantir a proteção do meio ambiente. Todavia este tratamento não é suficiente para evitar a propagação de doenças. Em geral, quando se lança uma carga poluidora nos corpos d,água ocorre processo de autodepuração natural, em que a matéria orgânica é consumida pela fauna e flora existente nesses locais (bactérias, protozoários, peixes e crustáceos etc). Ocorre que em certos locais a atividade humana produz rejeitas em quantidade tal que o meio ambiente é incapaz de assimilá-los com a rapidez necessária. Para preservar o meio ambiente e a saúde da população, tornam-se necessários desenvolver processos para acelerar o tratamento e reduzir os contaminantes dos despejos. Dessa fonna, as águas que saem dos sistemas de tratamento (efluente) podem ser lançadas nos corpos d,água de maneiJa que estes possam assimilá-las. A melhor forma de se controlar a contaminação por patogênicos em tun corpo d'água é pela sua inativação por meio da utilização da desinfecção do esgoto sanitário. A relativa importância da desinfecção em tratamento de águas residuárias pode ser entendida pela consideração de que esse processo é a última barreira de proteção dos corpos. receptores contra. ENVIRONMENTAL. os. microrganismos patogênicos (UNITED STATES. PROTECTlON. AGENCY. -. U.S.EPA. (1986);. WATER. POLLUTION CONTROL FEDERETION - WPCF4 apud WATER ENVIROMENT FEDERETION - WEF (1996)). Como a população cresce e, conseqüentemente, grandes demandas são exigidas no fornecimento de água, o reuso de água cresce juntamente com. 4. WATER POLLlJriON CONTROL FEDERETION - WPCF ( 1984). Wastewater Disilifections, A Sateof-the-Art-Report. Washington, D.C., 78..

(26) CAPÍTULO 3. REVISÃO DE LITERATURA. 9. a probabilidade da exposição humana às águas já utilizadas. Apesar da concentração de patogênicos decrescer naturalmente com a diluição e com o tempo, grandes volmnes de água residuárias tem sido descarregados e a multiplicidade desses locais de descargas gera redução natural insuficiente para proteger a saúde pública, tornando a desinfecção imprescindível para reduzir a transmissão de doenças infecciosas e salvaguardar a saúde pública. Na desinfecção, assim como nos outros sistemas de tratamento, um dos objetivos é a preservação da qualidade microbiológica das águas que irão receber os efluentes tratados. Dessa forma, as águas receptoras continuarão seguras, e terão seu uso posterior garantido, dentre os quais pode-se destacar a recreação (natação, esportes náuticos), o abastecimento (após tratamento convencional), a irrigação agrícola (para produtos consumidos crus inclusive) ou, simplesmente, a reserva de água.. 3.2- Caracterização parasitológica do esgoto. É fi:eqüente interpretar-se a expressão "controle de microrganismos" como sendo a atividade que visa eliminar sumariamente todos os microrganismos que habitam as águas. Tal interpretação é, entretanto, falsa podendo levar a enos graves no tratamento de água, pois os microrganismos não são, necessariamente seres nocivos à saúde pública ou ao tratamento de águas; em certos casos, eles são de grande interesse econômico e mesmo sanitário em águas naturais. É indiscutível o papel que certos microrganismos, tais como: bactérias, protozoários, algas e possivelmente fungos, desempenham na depuração natural ou artificial de esgotos. Há entretanto, ao lado dos benefícios, vários prejuízos, que podem ser causados pelos microrganismos quando estes são parasitas, principalmente a transmissão de moléstias. Segundo BRANCO (1986) e METCALF & EDDY (1991), os organismos patogênicos encontrados nas águas residuárias podem ser descartados pelos seres humanos os quais estão infectados com doenças ou são portadores de doença em particular. Os principais agentes patogênicos encontrados nas águas residuárias são: bactérias, protozoários, vírus e helmintos, conforme registrados na Tabela 3.2. Devido a.

(27) 10. CAPÍTULO 3. REVISÃO DE LITERATURA. estes microrganismos serem altamente infecciosos, eles são responsáveis por milhares de mortes a cada ano em áreas com saneamento precário.. TABELA 3.2 - Algumas doenças de veiculação hídrica relacionadas com os microrganismos patogênicos presentes na água residuária. Organismos. Máxima Quantidade excretada por sobrevivênci Dose Principais Doenças indivíduo a na água infcctante" (dias) iufcctado/g/fezes. Principais Sintomas. Bactéa·ia Escherichia co/i. Gastroenterite. t o•. 90. t O'-t O. Salmone/la l)phi. Febre tilõide. to•. -. -. Vibrio cholerae. Cótern. to•. 30. 101. Salmonella. Snhnonelose. tO". 60-90. t o•-to. Crypl~-poridi osc. t01. -. 1-30. Dian'éia Febre alta, dian'éia, úlccrn no intestino delgado D ian'éias extremamente fortes e desidratação Infecção alimentar. Protozoários Cryptosporidium. Diarréia Diarreia ptulongada com hetllOITllgi a, abscesso 110 fi gado c no intestino delgado di arreia fraca, náuseas, indigestão. Entamoeba histof)tica. Disenteria runebiaua. t07. 25. t O-t OO. Gim·dia famblia. Giardiase. t o}. 25. 1-10. Doenças respiratórias. w•. -. -. v·. anosc. 107. 90. t -72. v·anos . c. tO" l O'. 5-27 5-27. t-I O 1-10. Ictericia, febre Vários". Virus Adenovirus ( 3 t tipos) Entcrovirus ( 7 t tipos) (palio, echo, coxsackic) Hepatite A Rotmirus. Gastroenterite, •u101 n.:tli as no coração, meningite, etc.. Hepatite infeccios.'l Gastroeoteri te. HeJrnjotos Ascaris fwnbricoidel. Ascalidíase. 10-101. 365. 2-5. Taenia soliwn (solitária). Cisticercose. 103. 270. I. Scflistosoma mm1soini. Esquistossomosc. -. -. -. Vômito, lruYas ou venn es vin>S nas lezes IJor abdominal, distúrbios digestims, perda de peso. Infecção oo ligado e na , ·esicula. Fonte: Adaptado de GELDREICH ( 1978), KOWAL ( 1982) e PROS ( t987) apud CRAUN ( 1996) c U.S. EI'A ( I ( 1999b). •Dose infectante que provoca sintom as cliníoos em 500.1c>dos indivíduos testados. bModo de infecção: ingestão de ovos infectados, em água ou solo COI!tnrninado por fezes hrunanas ou inge;,tào de pmdutos crus oontaminados. cdevido a existirem várias espécies desses viniS, e les apresentam diversos sintomas..

(28) CAPiTULO 3. REVISÃO DE LITERATURA. 11. O potencial de sobrevivência dos microrganismos patogênicos diminue com o tempo devido às condições ambientais adversas, tais como: o calor, a luz solar, a dissecação e o predadorismo existente entre um microrganismo e outro. A Tabela 3.3, resume o tempo de sobrevivência dos quatro tipos de organismos patogênicos no solo e nas plantas, bem como sua resistência à desinfecção, proporcionando uma visão da resistência desses microrganismos no meio ambiente (WEF 1996; U.S.EPA1999b). TABELA 3.3 - Fontes de origem, resistência dos patogênicos à desinfecção e tempo de. sobrevivência destes no solo e nas superfícies das plantas. Tempo de Organismo. Bactéria. Vírus Protozoários3. Hclmintosb. Fontes de origem. 1-Itunana e ~mimai, água, e comjda contaminada Humana e animal, água poluída e comida contamjnacla 1-Itumma e animal, esgoto, vegetação deteriorada e ág11a Htunana e animal, esgoto, contida e água contruninada. Resistência à desinfecção. sobrevivência (dias) No solo. Na planta. Bactérias específicas do tipo esporuladas tem alta resistência enquanto as do tipo vegetativas tem baixa resistência. 60-365. 30-180. Geralmente são mais resistentes do que as bactérias vegetativas. 90-365. 30-60. Mais resistente que os vírus e as bactérias vegetat ivas. 2- 10. 2-5. Mais resistente que os vírus c as bactérias vegetativas e algwlS protozoários. 730-2555. 30- 150. Fonte: Adaptado da \VEF (1996) , U.S.EPA (1999b) c GET.OREICH (1996). •o tempo de sobrevivência refere-se aos cistos de protozoários (cistos de giárdia e oocistos de protozoários) bo tempo de sobrevivência refere-se aos ovos de helmintos. As rotas são o caminho de transmissão dos reservatórios de patogênicos para o ser humano . Os reservatórios podem ser primários, tais como as fezes humanas ou de animais contaminados, ou secundário, tais como o esgoto bruto ou tratado. Os vetores, que são os agentes que transmitem patogênicos de um organismo para outro, juntamente com os reservatórios, são fi·eqüentemente referidos como veículos transmissores. As rotas de infecção podem ser por contato direto , indireto e acidental, de acordo com o.

(29) 12. CAPÍTULO 3. REVISÃO DE LITERATURA. relacionado na Tabela 3.4. O conhecimento das rotas e dos meios de transmissão é de fi.mdamental importância para se tomar medidas preventivas (WEF, 1996).. TABELA 3.4 - Rotas de transmissão de patogênicos. Contato indireto (ingestãot Contato direto (Inalação) Contato acidental (contato com a pele). Comida, bebida, ou ingestão acidental dos organismos patogênicos (por exemplo, hepatite A) Respiração de aerossóis ou de mistura contendo microrganismos patogênicos (por exemplo, um simples resfriado) Entrada dos microrganismos patogênicos pelo contato com a pele (por exemplo, o tétano). Fonte: Adaptado da WATER ENVIROMENf FEDERETION ( 1996). a A ingestão é geralmente a maior rota de transmissão de patogênicos. A Figura 3.1 mostra fluxograma com as possíveis rotas de transmissão de patogênicos por excretas.. BOCA OU PELE. -.!. DOENÇAS. FIGURA 3.1 -fluxograma de propagação de doenças por excretas. [Fonte: Adaptado da FUNASA (2000); WEF (1996)).. 3.3- Microrganismos indicadores. A detecção de microrganismos patogênicos na água requer procedimentos complexos e longo tempo para obtenção de resultados, o que inviabiliza sua aplicação de.

(30) CAPÍTULO 3. REVISÃO DE LiTERATURA. 13. rotina, além de que, normalmente, estes encontram-se em baixas concentrações, sua chegada à água é intermitente e existem várias espécies presentes na água (VON SPERLING 1996; LIMA et ai. 1999). Portanto, para a avaliação da qualidade da água do ponto de vista bacteriológico é imprescindível a utilização de organismos indicadores de contaminação fecal. Dentre os principais estão os coliformes totais, colifonnes fecais, e. Streptococcus faeca/is, e outros alternativos tais como: os colifagos e os Clostric/ium pe1,1i·ingens. Outros indicadores são propostos e todos apresentam vantagens e desvantagens de aplicação para a avaliação da qualidade sanitária das águas. No entanto, os padrões bacteriológicos de qualidade da água em nivel nacional e internacional estão baseados na detecção e enumeração de coliformes totais e coliformes fecais (CONSELHO NACIONAL. DO MEIO AMBIENTE - CONAMA, 1986; WORLD. HEALTH ORGANlZATION - WHO, 1985). O grupo de bactérias coliformes é encontrado no intestino de animais de sangue quente (homem, porco, gato, cão, vaca, etc.). Cada pessoa descarta de l 00 a 400 bilhões de organismos coliformes por dia, além de outros tipos de bactérias. Tais organismos nem sempre são patogênicos, mas dão uma satisfatória indicação de contaminação e da potencialidade de transmissão de doenças (BRANCO, 1986). O grupo de bactérias coliformes, denominado coliformes totais (CT), é constituído. por. vários. gêneros. de. bactérias. que. pertencem. à. famJ lia. das. enterobacteriaceae (Enterobacter, Klebsiella, Citrobacter e Escherichia). Os coliformes são bastonetes gram negativos, não formadores de esporos, anaeróbios facultativos que podem fermentar a lactose em 24-48 horas com produção de ácido e gás a 35 ± 0.5°C (APHA, 1995). Os. gêneros. Enterobacter,. Klebsiella,. Citrobacter. não. são. de origem. exclusivamente fecal, podendo em certas circunstâncias, principalmente em climas quentes, reproduzirem no meio ambiente, e serem encontrados na vegetação e no solo, comprometendo assim a utilização do grupo coliformes totais como indicador específico de poluição de origem exclusivamente fecal Este fato levou ao desenvolvimento de métodos para a enumeração de um subgrupo dos coliformes totais, denominado coliformes fecais (CF), que foi caracterizado com base na habilidade de produzir gás a.

(31) CAPÍTULO 3. REVISÃO DE LiTERATURA. 14. elevadas temperaturas de incubação (44.5 ± 0.2°C para 24 ± 2 h) (FEACHEM et ai. 1983; METCALF & EDDY 1991). ELDBERG et ai. ( 1986) afirmam que embora a utilização dos co li formes fecais, em substituição aos totais, tenha implicado numa vantagem como indicador de. •. contaminação de origem fecal, tornou-se evidente, posteriormente, a existência de outros coliformes também termotolerantes, além da E. co/i, principalmente os do gênero. Klebsiella, e estes, por não serem de origem exclusivamente fecal, comprometem a especificidade deste subgrupo como indicador de contaminação fecal. Para contornar a controvérsia da existência de coliformes termotolerantes (CF) que não são de origem exclusivamente fecal e a presença destes como microrganismos patogênicos, vários autores sugeriram a utilização da E. co/i como indicadora de poluição fecal (DUFOUR, A.P, 1977). ELMUND et ai. ( 1999) realizaram estudos e concluíram que a E. co/i constituise indicador específico de contaminação fecal, representando ser o melhor indicador de poluição fecal. Segundo DUFOUR ( 1977), dos co li formes totais encontrados em fezes fi'escas de animais de sangue quente, mais de 90 % COtTesponde a Escherichia co/i e o remanescente tem sido associado as outras espécies. A Escherichia co/i é um microrganismo presente na flora intestinal humana e de animais homeotermos. Constitui o principal componente do grupo coliformes fecais e foi até 1950 reconhecida como não patogênica. Não obstante, cepas patogênicas de E. 5. co/i podem causar diferentes doenças como já citado na Tabela 3.2 (SUSSMAN apud. UMA et ai. 1999). O gênero Klebsiel/a pode ser associado com o recrescimento de colifonnes em sistemas de distribuição de água e é fi·eqüentemente o maior componente da população de coliformes na vegetação e em resíduos de industrias de papel, têxtil e outros. Em fezes humanas e de animais de sangue quente a população de Klebsiella varia de 30 a 40% da população de bactérias coliformes presentes (APHA, 1995). 5. SUSSMAN, ME. (1985). E. co/i in lmman and animal disease. ln: The viruJence ofEschericlúa coli: revicws and methods. London, Academic Press, p. 7-46..

(32) CAPÍTULO 3. REVISÃO DE LITERATURA. 15. Os Sh·eptococcus faeca/is (EF) são excretados nas fezes humanas em quantidades inferiores à de E. co/i, porém, ocorrem em números superiores aos de coliformes fecais nas fezes de outros animais homeotermos (GELDREICH & KENNER, 1969). Esse grupo tem sido usado em conjunto com os coliformes fecais para determinar a fonte da recente contanlinação fecal, se é de origem humana ou animal e também tem sido proposto para detectar a provável presença de vírus em águas pouco contaminadas, por apresentarem maior tempo de sobrevivência e maior resistência aos processos de tratamento, quando comparado com o grupo dos coliformes (COHEN & SHUVAL6 apud LIMA et ai. 1999). No entanto, o seu uso como indicador foi questionado, pois foram detectados alguns vírus em locais onde não existiam Streptococcus, por existirem alguns tipos de microrgarusmos que sobre procedimentos usuais de exames, não podem ser distinguidos dos Streptococcus faeca/is verdadeiros e por sua capacidade de multiplicação em ambientes aquáticos próximos a áreas agrícolas, inviabilizando o seu uso (NIEMI & NIEMl, 1991; METCALF & EDDY, 1991). Outros organismos, como os colifagos e os Clostridium sp, por apresentarem maiores resistências, têm sido propostos para serem indicadores de contaminação por vú·us e protozoários, respectivamente. Os colifagos são bacteriófagos que infectam e replicam em cepas hospedeiras de. E. co/i e parecem estar sempre presentes na amostra em estudo sempre que E. co/i é isolada. Por esta razão podem servir como indicadores de poluição de origem fecal. São utilizados na avaliação da qualidade da água com a vantagem de fornecer resultados após um tempo mínimo de 4 a 6 horas. Os número de colifagos é obtido pela contagem de placas de Use utilizadas por amostra. O resultado é expresso como número de unidades formadoras de placas (UFP/ l OOmL) . GRABOW (1993) afirma que os bacteriófagos podem ser bons indicadores por possuírem comportamento semelhante ao de vírus entéricos humano no meio ambiente; 6. COI-I EN, J & SHUVAL, I-J.I. (1973). Colilàrms, fecal coliforms anel fecal streptococci as indicators of water pollution. Water, A ir e Sai/ Pollut, v. 40, p. 85-95.

(33) CAPÍTULO 3. REVISÃO DE LITERATURA. 16. são geralmente mais resistentes do que os vírus às condições desfavoráveis ambientais; são detectáveis por métodos relativamente simples, baratos e rápidos, e não possuem a capacidade de infectar o homem (não constituindo riscos à saúde). Já outros autores citados em MORII'HGO et ai. (1991) demonstram que o uso do bacteriófago colifago pode apresentar algumas desvantagens, tais como: os colifagos podem se multiplicar em água natural sob certas condições; eles podem ser detectados em águas não poluídas e alguns vírus entéricos tem sido detectados na ausência desses. Os Clostridium pe1jringens tem sido utilizados como indicadores bacteriológicos de contaminação fecal, pois sua incidência no meio aquático está constantemente associada a dejetos humanos, sendo sua presença detectada em fezes, esgotos e águas poluídas. Por serem esporuladas, essas bactérias apresentam grande resistência aos desinfetantes e às condições desfavoráveis do meio ambiente, e a excepcional longevidade de seus esporos na água é útil na detecção de contaminação fecal remota, em situações em que outros indicadores menos resistentes como E. co/i já não estão mais presentes. Os Clostridiwn perfringens são bacilos curtos, gram-positivos, anaeróbios obrigatórios, imóveis, esporogênicos. Não possuem catalase; fermentam a Iactose, manose e sacarose com produção de gás, reduzem o sulfito a sulfeto de hidrogênio (H2 S) e o nitrato a nitrito. O exame de Clostridiwn perfringens é recomendado como um complemento valioso para outros testes bacteriológicos de avaliação da qualidade da água, particularmente em certas situações específicas, entre as quais se incluem o exame de águas cloradas e águas não tratadas contendo resíduos industriais letais a bactérias não esporuladas. Este exame utiliza a técnica dos tubos múltiplos na determinação do número mais provável (NMP) de Clostridium perfringens..

(34) 17. CAPÍTULO 3. REVISÃO DE LITERATURA. 3.3.1- Viabilidade do uso dos microrganismos indicadores. As bactérias do grupo dos coliformes, mais especificamente os coliformes fecais (destacando-se a E. co!i) tem sido bastante utilizadas para quantificar a eficácia dos sistemas de desinfecção, comparando a concentração de organismos ativos entre a entrada (afluente) e a saída (efluente) dos sistemas, quantificadas pelo número mais provável. Em geral, isto torna-se válido porque os microrganismos patogênicos ao ser humano, são bem menos resistentes aos desinfetantes quando comparados com os coliformes. Porém, o uso do grupo coliforme como organismo indicador é necessário, mas não suficiente, para assegurar a ausência de microrganismos patogênicos na água, devido a alguns fatores adversos às condições externas ao corpo humano no qual estes estavam presentes,. tais. como:. o. predadorismo. existente entre os diferentes. microrganismos, a variação de temperatura do corpo humano e do corpo receptor, as limitações de nutrientes, a sedimentação das bactérias coliformes, o efeito germicida da luz so lar e o seu próprio decaimento natural (BRANCO 1986). Deve-se também ressaltar que os coliformes são meros indicadores de uma possível presença de patogênicos. Muitas vezes, águas que não contêm coliformes, podem estar contaminadas com vírus e cistos de protozoários, os quais são mais resistentes às condições adversas do meio ambiente. Por outro lado, as águas que apresentam alta concentração de coliformes fecais, muitas vezes não estão contaminadas por microrganismos patogênicos. Associa-se a presença de tais organismos patogênicos muito mais à presença de indivíduos, doentes ou não, que os estejam eliminando pelas fezes, o que normalmente é raro, a não ser durante uma epidemia da doença (CAMACHO, 1995). Dados recentes sugerem que o uso da bactéria coliforme como indicador de contaminação por protozoários na água, pode não ser adequada. Enquanto os co liformes foram detectados em 88% dos surtos de doenças de veiculação hídrica associados a bactérias, vírus e agentes desconhecidos, esses coliformes só estavam presentes em 33% dos casos de doenças causadas por protozoários. Contudo, a detecção de GiaJ·dia e de.

(35) CAPÍTULO 3. REVISÃO DE LITERATURA. 18. C!Jplosporidium é dificil, requerendo tempo, concentração de cistos (demandando grandes volumes) e necessitando da utilização de testes imunológicos, não existindo ainda métodos rápidos e confiáveis disponíveis para a determinação da viabilidade dos cistos de protozoários na água (WEF, 1996). A falta de sensibilidade dos coliformes como organismos indicadores de patogênicos sugere a necessidade de substituir os métodos indicadores de quantificação de eficácia de desinfecção. Devido às variáveis resistências dos diversos tipos de microrganismos patogênicos aos diferentes tipos de desinfetantes, torna-se dificil a escolha de um microrganismo apropriado para ser usado como um indicador da eficiência da desinfecção para as formas mais resistentes. V ários microrganismos têm sido sugeridos como organismos indicadores potenciais para assegurar a eficiência da desinfecção como já foi descrito (DARBY et ai. 1995). A Tabela 3.5 mostra uma visão global dos microrganismos utiHzados como indicadores, suas características, suas vantagens e limitações como indicadores..

(36) CAPÍTUID 3. REVISÃO DE liTERATURA. 19. TA BELA 3.5 - Principais microrganjsmos que têm sido propostos para serem usados como indicadores de patogênicos. Organismo. Indicado•· de. indicador. contaminação. Bom indicador. Não indicado. Determinação. Contruninaçào de origem fecal e n.'io fecal.. Ractérias entéricas, alguns vírus e microrgmÚSinos I.IICIJOS resistentes que esse grupo. Bactérias esporuladas, vírus, helnúntos, protozoários e todos os núcrorg;mismos mais resistentes.. Várias técnicas de fennentação podem ser utilizadas apresentando resultados em 24 l10rn.s<.. Bacté1ias do grupo coliformes fecais. Contruninação de origem fecal' , s.'io bons indicadores parn águas balretrias.. Bactérias entéricas, alguns vírus e microrg;misnJOS menos resistentes que esse grupo. Bactérias csporuladas, vírus, helmintos, protozo:írios e todos os núccorg:uÚSitJOS mais resistentes.. Várias técnicas de fermentação podem ser utilizadas apresentando resultados em24 horas<. Klebsiella. Contmninaçào de origem fecal c não fecal, é o principal componente da população de colifonncs na vegetaç:io e em resíduos de industrias de papel, têxtil e outros.. Recrescimento de coli fonncs em sistemas de distribuiç-Jo de água.. Bactérias esporuladas, vírus, helnúntos, protozoários e todos os núc,rorg;mismos mais resistentes.. E. co/i. Poluições recentes de origem exdusivmuenle fecal.. Dactérias entéricas de origem humana, virus c microrgm:úsnJOS menos resistentes.. Streptococcus faeca/is. Detenuina a fonte da recetúe contruninaçào fecal, se é de origem hwnana ou mtima l. Vem surgindo como boa alternativa devido a sua maior resistência quando comparado aos coliformes fecais... Bactérias entéricas de origem animal, alguns vírusb em águas pouco ~'Onl<múnadas e microrganismos menos resistentes. Bactérias Co~iformes. ·,. Bactérias esporola das, vírus, helnúntos, protozoários e todos os núcrorganisnJOS mais resistentes. Dactérias espon1ladas, vírus, helmi ntos, protcm:-.-\.rios e todos os microrgmÚSI1)0S mais J'CSislenles.. Rápidas quantificações po<k.'!n ser atingidas utilizando filtrnç:io emmembr::uta~{.. O método CoUiler{, simples e rápido o f= resultados em 24 horas. Resultados podem ser conseguidos utilizando a técnica do tubo múltiplo ou filtrnção em lllCillbrnn."\5<.. Fornece resultados. Colifagos. Poluição de Oti gem fecal. É b."lslmtte utilizado na avaHação da qualidade da água.. Víms. Hchnintos, protozoários e todos os microrgani.<;nlOS mais resistentes.. após um tempo mínimo de 4 a 6 horas<. Os número de colif.1gos é obtido pela contagem de placas de lise utilizadas por muoslra, expresso por. (UfP/ 1OOml /.. C/ostridium perfringens. Ótimo indicador de contm1ünação fecal 011de se foi empregado a desinfecção, ou onde h{t poluição remoia.. Prot<rLOários. Hclnúntos e todos os núcrorgmÚSiuos mais resistentes.. Utiliza a téaúca dos tubos múltiplos na determinação do número mais provável (NMP)de C/ostridiwn fJelfringens< .. ' Fonte: Adaptado de WEl· (1996); U.S.EPA (1999b); LIMA et ai. ( 1999); APHA (1995). • A sua especificidade como indica dor de contmninação feca l é cOtnprom etida pelo fltto da existência nesse grupo de algwlS ~'O!ifonues que não são de origem exclusivamente fecal. bpor apresentarem maior tempo de sobre\~\-ência e maior resistência aos processos de lralmtx:nto, que o grupo dos <X>lifonnes, porém o seu uso COJno indicador é quest.iOttado. ··c onfonn;: ~Tito no Stmtdard Methods, 1998 d(UfP/IOOrnL) significa número de unidades fonnadoras de placas por 100m! de m.nostrn..

(37) CAPÍTULO 3. REVISÃO DE LITERATURA. 20. 3.4- Retenção de organismos patogênicos em ETE. As características de retenção dos microrganismos patogênicos deveriam ser relacionadas com a concentração de entrada de um tipo de microrganismo em particular, para permitir associá-lo aos padrões cada vez mais restringentes de reuso ou disposição, e com os riscos de saúde. Os diferentes microrganismos patogênicos ocorrem em diferentes concentrações e são afetados de diversas maneiras pela tecnologia de tratamento. Por exemplo, os cistos de protozoários podem ser encontrados em baixo número em lodo bmto e não sobreviverem a um processo de tratamento, em contraste aos ovos de Ascaris que podem ser encontrados em altas concentrações no lodo, podendo sobreviver aos processos de tratamento de lodo (DARBY et ai. 1995). Um esgoto sanitário típico contém de 1O milhões ( 107) a até l bilhão ( l 09) de coliformes fecais por 1OOmL. Sistemas de tratamento eficientes precisam obter eficiências de remoção muito próximas de 100%, pois eficiências de remoção da ordem de 99,999%, que corresponde a cinco unidades logarítmicas de remoção (5 log), podem impressionar. Entretanto, se o afluente continha 109 NMP/100rnL (Número Mais 4. Provável de microrganismos por lOOmL) o efluente ainda terá l0 NMP/lOOmL, o que é ainda bastante alto. Portanto, o ideal seria que as eficiências de remoção fossem acompanhadas dos números absolutos de microrganismos na entrada e na saída dos sistemas de tratamento de esgoto. A Tabela 3.6 apresenta uma síntese da eficiência de retenção do NMP de organismos patogênicos geralmente obtida em diversos processos de tratamento de águas residuárias.. ·J.